液晶与显示器 半导体材料和纳米材料
1.了解液晶的微观结构，知道液晶的主要性质及其应用．(重点)
2．知道什么是半导体，半导体的导电性与哪些物理因素有关及晶体二极管单向导电性的微观本质．(重点)
3．初步了解纳米、纳米技术、纳米材料的概念及纳米材料的种类和特性以及应用．
, 一、液晶的微观结构
1．通常，人们把介于晶体和液体之间的中间态叫做液晶态，把处于液晶态的物质叫做液晶．
2．液晶既像液体那样具有流动性，又像晶体那样具有各向异性．
3．不是所有物质都具有液晶态．通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态．
二、液晶的奇特效应
1．液晶具有两个熔点：将液晶加热，达到第一个熔点时，会变得完全不透明，但达到第二个熔点时，又变得透明了．
2．液晶的奇特效应
(1)有的液晶具有电光效应．一般情况下，分子呈有序排列，这种液晶看上去非常透明，加上电场后，分子排列被扰乱，透射光或反射光的强度和方向都发生了变化，液晶就变得混浊了．去掉电场后，液晶又会呈透明状态．
(2)有的液晶具有温度效应，在不同温度下能显示出不同的颜色，当温度逐渐升高时，这种液晶会按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序改变颜色；当温度降低时，又按相反顺序改变颜色．
(3)有的液晶具有压电效应，当对这种液晶施加压力或撞击时，其两端会产生电压．
(4)有的液晶具有化学效应．
(5)有的液晶具有辐射效应．
三、液晶的广泛应用
1．利用液晶的电光效应，可以制成液晶显示器．
2．利用液晶的温度效应，可以探测温度．
四、半导体材料
1．半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，如硅、锗、砷化镓等，半导体的导电性能会随着一些物理因素的改变而改变，具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性．
2．往单晶体硅中掺入少量的五价元素磷(或砷)，这些磷原子就会取代少数硅原子与周围的四个硅原子结合．这样，就多出了一个电子，成为自由电子，以自由电子参与的导电叫做半导体的电子导电，经掺杂后形成电子导电的半导体叫做n型半导体．
如果在硅中掺入的是三价元素硼(或铟)，那就会缺少一个电子，多出一个带正电的空穴，以空穴参与的导电叫半导体的空穴导电，经掺杂后形成空穴导电的半导体叫p型半导体．
3．人们利用氧化、刻蚀、扩散等方法，把一个电子电路的所有元件按电路连接要求制作成一小块半导体硅片，这就是集成电路，也称芯片．
五、纳米材料
1．纳米是一个长度单位，1 nm＝10－9 m．纳米技术是指在纳米尺度(0.1～100 nm)上制造材料和器件的技术，实际上是重新排列原子而制造具有新分子结构的技术．
纳米材料的制备和研究则是纳米科学技术的基础，纳米材料有纳米金属材料、纳米磁性材料、纳米陶瓷材料、纳米医用材料等多种．
2．纳米材料具有许多奇特的效应．主要有：量子尺寸效应，小尺寸效应，表面和界面效应，宏观量子隧道效应．
纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能，所以在各个领域内应用前景广阔．
液晶的微观结构及特点
1．液晶态的分子排列：液晶分子既保持排列有序性(保持各向异性)，又可以自由移动，位置无序，因此也保持了流动性．即从某个方向上看液晶分子的排列比较整齐；但是从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的，某一种物质的固态、液晶态和液态的分子排列如图所示．我们看到，当该物质处于固态时，其分子排列相当整齐；当处于液态时，其分子排列较凌乱；液晶态则介于其间，其分子排列较松散(因此液晶具有流动性)，但又排列得有一定取向(因此液晶具有各向异性)．
固态、液晶态以及液态的分子排列示意图
2．液晶的特点：液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体．
3．液晶的光学性质对外界条件的变化反应灵敏：液晶分子的排列是不稳定的，外界条件和微小变动都会引起液晶分子排列的变化，因而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等，都可以改变液晶的光学性质．如计算器的显示屏，外加电压使液晶由透明状态变为混浊状态．
(多选)关于液晶的分子排列，下列说法正确的是( )
A．液晶分子在特定方向排列整齐
B．液晶分子的排列不稳定，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化
C．液晶分子排列整齐而且稳定
D．液晶的物理性质稳定
[思路点拨] 要根据液晶微观结构分析本题．
[解析] 液晶分子的排列是不稳定的，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化，从而改变其某些性质，例如：温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等，都可以改变液晶的光学性质，即物理性质，故A、B正确．
[答案] AB
1.下列属于液晶分子示意图的是( )
解析：选B.液晶的光学性质和某些晶体相似，具有各向异性，液晶可以流动，与固态物体分子排列不同，液晶与液体不同，不能任意流动，与液态分子的排列不同，故为B.
二极管单向导电性的原因
将n型半导体和p型半导体紧密接触，在接触面上会形成一个pn结．这样，便可组成一个晶体二极管．当对晶体二极管加上正向电压时，即把p型半导体接电源正极，n型半导体接电源负极时，n型半导体的电子受电场力而越过pn结，形成电流，二极管导通(图甲)．当对晶体二极管加上反向电压时，电子在电场力作用下很难越过pn结，因而几乎没有电流产生，二极管截止(图乙)．这就是晶体二极管具有单向导电性的微观机理．
晶体二极管单向导电性的微观机理
下列对晶体二极管单向导电性解释正确的是( )
A．由于用作半导体材料的硅是一种单晶体，而单晶体具有各向异性，所以晶体二极管具有单向导电性
B．由于在硅中掺入了少量的磷(或砷)，使物质的组成发生变化所致
C．由于硅中掺入三价元素硼后，缺少一个电子，多出一个带正电的空穴，而空穴不能自由移动，所以只靠电子定向移动导电，因此具有单向导电性
D．由于晶体二极管由pn结组成，加正向电压时，n型半导体的电子受电场力作用而越过pn结，形成电流，二极管导通；当加反向电压时，电子在电场力作用下很难越过pn结，因此表现出单向导电性
[思路点拨] 解答本题应注意：
(1)了解晶体二极管的特性；
(2)了解晶体二极管的制作工艺．
[解析] 晶体二极管的单向导电性是由半导体中导电粒子能否在电场力作用下顺利通过pn结所决定的．
[答案] D
2.下列材料属于半导体材料的是( )
A．铜 B．石墨 C．橡胶 D．硅
解析：选D.铜、石墨是导体，橡胶是绝缘体，常见的半导体材料有：硅、砷化镓、氧化亚铜、锗等，故D正确．
[随堂检测]
1．(多选)下列有关液晶的说法，正确的是( )
A．液晶具有流动性
B．液晶具有各向异性
C．液晶具有稳定的空间排列规律
D．液晶就是液态的晶体
解析：选AB.液晶既有液体的流动性，又具有晶体分子排列整齐、各向异性的特点；但其空间排列规律不稳定，故选AB.
2．(多选)关于液晶的以下说法正确的是 ( )
A．液晶态只是物质在一定温度范围内才具有的存在状态
B．因为液晶在一定条件下发光，所以可以用来做显示屏
C．人体的某些组织中存在液晶结构
D．笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色
解析：选CD.液晶态可在一定温度范围或某一浓度范围存在，它对离子的渗透作用同人体的某些组织相似，在外加电压下，对不同色光的吸收强度不同．故C、D正确．
3．(多选)下列方法中可能使半导体电阻率发生改变的是( )
A．改变半导体的温度
B．改变半导体的长度
C．改变半导体的光照情况
D．在半导体中加入其他微量杂质
解析：选ACD.半导体的导电性能随温度、光照、是否掺入杂质等物理因素的改变而改变，而与半导体的长度和形状无关．
4．(多选)纳米材料具有许多奇特的效应，如( )
A．电光效应 B．量子尺寸效应
C．高硬度 D．表面和界面效应
解析：选BD.电光效应是液晶的一种奇特效应；而高硬度是因为钠米材料的奇特效应而使材料所表现出来的一种良好性能．
5．电子手表中常用的液晶显示元件，是在两块透明的电极板上刻着组成数字的若干笔画，在两电极板间充有一层________，当在两电极板间加上适当________时，透明的________变得混浊了，文字或数码就显示出来了．
解析：液晶具有光学各向异性，且受若干外界条件的影响较大，其中电压的改变会明显改变其光学性质，没有电压，电场为0时，能使光线通过，有电场时不能通过．因此，两极间将液晶涂成文字或数码，加上适当电压，则透明的液晶变混浊．
答案：液晶 电压 液晶
[课时作业]
一、单项选择题
1．下列说法正确的是( )
A．液晶态的分子排列与固态相同
B．液晶态的分子排列与液态相同
C．液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变
D．所有物质都具有液晶态
解析：选C.由于液晶态是介于固态和液态之间的中间态，其分子排列介于二者之间，并且排列是不稳定的，容易在外界影响下发生改变．经研究发现，不是所有物质都具有液晶态，显然选项A、B、D错误，选项C正确．
2．利用液晶来检查肿瘤，是利用了液晶的( )
A．温度效应 B．压电效应
C．化学效应 D．电光效应
解析：选A.由于肿瘤组织的温度与周围组织的温度不一样，因此将液晶涂在怀疑有肿瘤处的皮肤上，由于温度效应，液晶会显示不同的颜色．
3．关于液晶的下列说法中正确的是( )
A．液晶是液体和晶体的混合物
B．液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体
C．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，能够发光
D．所有物质在一定条件下都能成为液晶
解析：选B.由液晶的特点知选项A、C、D错误，选项B正确．
二、多项选择题
4．纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能，以下关于纳米材料的性能的说法中正确的是( )
A．在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性
B．在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多
C．在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现超导电性
D．在化学性能方面，纳米材料化学活性低，因此化学稳定性强
解析：选AB.在电学性能方面，纳米材料在低温会呈现电绝缘性；而在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性，故选项C、D错误．
5．半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，以下关于其导电性能的说法正确的是( )
A．半导体导电能力介于导体和绝缘体之间，性能稳定
B．在极低的温度下，纯净的半导体像绝缘体一样不导电
C．在较高温度时，半导体的导电性能会大大增强，甚至接近金属的导电性能
D．半导体中掺入杂质后，其导电性能会减弱
解析：选BC.半导体材料的导电性能受温度、光照及掺入杂质的影响，故A错误；掺入杂质后半导体材料的导电性能会大大增强，故选项D错误．
6．下列新型材料中，可用作半导体材料的有( )
A．高分子合成材料 B．新型无机非金属材料
C．复合材料 D．光电子材料
解析：选BD.高分子合成材料有合成橡胶、塑料和化学纤维等；新型无机非金属材料有工业陶瓷、光导纤维、半导体材料；复合材料分为结构复合材料和功能复合材料；光电子材料有光电子半导体材料、光纤和薄膜材料、液晶显示材料等．
7．下列认识正确的是( )
A．纳米是一种尺寸很小的材料，是纳米材料的简称
B．纳米技术就是重新排列原子而制造具有新分子结构的技术
C．纳米是一个长度单位
D．纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能
解析：选BCD.纳米是一个长度单位，故A错，C对．纳米技术是原子的重新排列，纳米材料的制造是在纳米技术的基础上，故B、D对．
三、非选择题
8．阅读下面短文，回答下列问题．
导体容易导电，绝缘体不容易导电．有一些材料，导电能力介于导体和绝缘体之间，称作半导体．除了导电能力外，半导体有许多特殊的电学性能，使它获得了多方面的重要应用．
有的半导体，在受热后电阻迅速减小；反之，电阻随着温度的降低而迅速增大．利用这种半导体可以做成体积很小的热敏电阻．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精度高．
(1)如果将热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所在区域的温度降低，电路中电流将变________(填“大”或“小”)．
(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度．如果刻度盘正中的温度刻度值为20 ℃(如图甲所示)，则25 ℃的刻度值应在20 ℃ 的________边(填“左”或“右”)．
(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度的变化，请用图乙中的器材(可增加元件)设计一个电路．
解析：温度升高，热敏电阻阻值变小，电流变大，指针右偏；很显然，热敏电阻与电流表应是相互影响，所以它们之间应串联．
答案：(1)小 (2)右 (3)如图所示
9．液晶有哪些主要性质？举例说明人们如何利用液晶的这些性质．
解析：液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性，在外界条件发生微小变化时，会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，如光学性质等．
主要应用：(1)液晶显示器；(2)液晶测温．
答案：见解析
10．液晶显示器的原理是怎样的？它有何优点？
答案：利用液晶电光效应，可以制成液晶显示器．以袖珍计算器上的显示元件为例，它是一个小巧的长方形玻璃盒，盒里装着液晶．盒内壁上方涂有7段透明的金属薄膜电极，盒的内部下方是一整块金属薄膜电极，通电后，有电的那一段电极间的液晶就变为不透明．通过计数和译码电路的控制，就可用这7段电极组成1、2、3、4、5、6、7、8、9、0这十个码．
液晶显示具有分辨率高、易彩色化、画面稳定、环保节能、体积超薄、寿命长等优点．
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(共19张PPT)
热敏电阻
